专利名称：一种应用于gsm的自适应节能装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于无线通信技术领域，具体涉及一种应用于GSM的自适应节能装置，解决GSM功耗高、效率低、发热大、寿命短的问题。
背景技术：
GSM(Global System of Mobile co mmunication)作为传统的移动接入网设备，主要用于延伸基站的覆盖范围，在移动网络建设中已经大量使用。随着技术的进步，直放站的输出功率等级不断提高，目前新式的直放站最大输出功率可以达到80W，然而输出功率的增大，负面作用也是十分明显，最突出的问题就是引起设备功耗剧增，有效工作效率在15%以下，大部分的能量白白转换成热能，对机箱的散热要求非常高，整机设备工作温度高，严重影响设备寿命，急需一种新式的节能技术，提高设备有效工作效率，降低设备功耗，延长设备寿命。
实用新型内容本实用新型要解决的问题是提供一种应用于GSM的自适应节能装置，解决GSM功耗高、效率低、发热大、寿命短的问题。为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案是提供一种应用于GSM的自适应节能装置，其特征在于包括自动选频模块、分时隙控制模块、定时休眠模块；所述自动选频模块包括FPGA(Field-Programmable Gate Array)芯片；所述FPGA芯片中设有数字下变频通道；所述数字下变频通道设置有数控振荡器、均方根功率测量模块、累积梳状滤波器、补偿滤波器、可编程滤波器；所述累积梳状滤波器、补偿滤波器、可编程滤波器顺次双路连接；所述可编程滤波器接入自动增益控制电路；所述自动增益控制电路设置有接口 ；所述均方根功率测量模块设置在可编程滤波器和自动增益控制电路之间。所述均方根功率测量模块包括数字积分器、寄存器、积分间隔计数器、积分次数计数器；所述数字积分器与寄存器连接；所述积分间隔计数器分别与数字积分器、积分次数计数器连接；所述积分次数计数器与寄存器连接；所述积分间隔计数器设置有时钟电路；所述积分次数计数器设置有复位电路。所述自适应节能装置与功率放大器组连接；所述功率放大器组与天馈系统连接；所述功率放大器组包括主功率方法器和从功率放大器。本实用新型提供的应用于GSM的自适应节能装置具有以下有益效果I、自动选频模块实时跟踪信源基站的工作载频信道号和使用数量，根据信源基站的工作载频信道号和使用数量，控制主功率放大器或者从功率放大器的工作切换，实现节能省电的目的；2、分时隙控制模块通过判断有无话务控制主功率放大器或者从功率放大器打开与关闭，减少没有话务量的时间内GSM的功耗，实现进一步节能省电的目的；3、定时休眠模块可以使GSM在休眠时间停止工作，GSM的整机增益最大可下调10dB，输出功率最大降至原功率的1/10，可以大幅度降低设备功耗；4、该自适应节能装置能够有效降低设备能耗、降低对机箱散热要求、提高工作效率、延长设备使用寿命，还具有能够适应不同信源基站、各种应用场景的特点。
图I是应用于GSM的自适应节能装置的结构框图。图2是数字下变频通道的工作原理图。图3是均方根功率测量模块结构示意图。图4是GSM帧结构示意图。图5是分时隙控制模块控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细的描述。如图I所示，应用于GSM的自适应节能装置与功率放大器组连接；功率放大器组与天馈系统连接；功率放大器组包括主功率方法器和从功率放大器。该自适应节能装置包括自动选频模块、分时隙控制模块、定时休眠模块。自动选频模块包括FPGA芯片；FPGA芯片中设有数字下变频通道；数字下变频通道设置有数控振荡器、均方根功率测量模块、累积梳状滤波器、补偿滤波器、可编程滤波器；累积梳状滤波器、补偿滤波器、可编程滤波器顺次双路连接；可编程滤波器接入自动增益控制电路；自动增益控制电路设置有接口 ；均方根功率测量模块设置在可编程滤波器和自动增益控制电路之间。均方根功率测量模块包括数字积分器、寄存器、积分间隔计数器、积分次数计数器；数字积分器与寄存器连接；积分间隔计数器分别与数字积分器、积分次数计数器连接；积分次数计数器与寄存器连接；积分间隔计数器设置有时钟电路；积分次数计数器设置有复位电路。自动选频模块的作用是识别信源基站的实时工作载频信道号和数量，从而决定GSM主功率放大器、从功率放大器的选择，在低话务量，只有BCH(Broadcast Channel)单载频工作的情况下，使用小功率的从功率放大器工作；在高话务量，包括BCH和TCH(TrafficChannel)多载频同时工作的情况下，使用大功率的主功率放大器工作。自动选频模块的主要工作原理是在FPGA芯片中设计了一数字下变频通道，在这数字下变频通道内循环遍历所有的GSM工作频点，计算各频点的功率，剔除接近噪声的工作频点，按照功率大小排列载频频点，最后通过自动选频算法，筛选出新的直放站设备工作频点。如图2所示，数字下变频通道的信号处理过程是将采样数字信号序列分别与数控振荡器输出的两路相差90°的数字载波信号相乘，这两路的I、Q信号，经过延迟调整和内插送入累积梳状滤波器和补偿滤波器进行两级抽取，再通过可编程滤波器进行脉冲成形，降速后的数字信号速率为GSM数据速率的两倍，然后输入给均方根功率测量模块进行功率采样和测量。如图3所示，均方根功率测量木块数据采样和测量过程为可编程滤波器输出的I路和Q路的数据被平方并累加，得到的数据在每个时钟上升沿送入数字积分器中，数字积分器对输入的数据不断地进行累加运算，这个数字积分器又受控于积分间隔计数器，积分间隔计数器计数到达预置阀值的时候会置零然后重新开始计数，在置零时同时输出clear (清零)信号，清空数字积分器中的数值，让数字积分器重新开始积分运算。而积分次数计数器则负责在到达预置的积分次数后发出enable(使能)信号和中断信号，这时数字积分器的数值就从寄存器中输出，而中断信号则提示监控中心模块接收该时刻的数据。寄存器输出的载波功率值为p0wer = (I - Q - Q)，n为积分次数，可根据精度需要进行取值。数字下变频通道从GSM设备启动开始就跟踪采集直放站输入的各载波功率，启动自动选频算法识别信源基站的实时工作载频信道号和数量。实现自动选频算法的程序流程为设每个频点包含3个元素频点号η,功率P和功率有效标记m,记作Cn = (n, Pn, mn)以移动EGSM系统为例，共有120个可选频点，频点集合为
120 'C=\JCXn,Pn,= |°· ^ :: ^
rt=\κ ~'其中Pn为频点η的功率值，PO为干扰噪声功率值。
120贝IJ，可以得到集合中功率有效标记为I的频点个数Μ，#=Σ/(0可以从C集合
η=\
中按功率值依次选出最大的k个，作为推荐频点集合Fl 以上即完成了一轮频点的自动选择，因此信源基站在后期的运行维护中，无论如何变更工作载频的信道号和数量，自动选频模块都能自动跟踪，实时判别基站的载频使用情况，控制主、从功率放大器的工作切换，实现节能省电的目的。如图4所示，在实际GSM网络中，一个基站扇区可配置若干个载频C0、C1. . . Cn，广播控制信道和同步信道通常映射到主载波CO的第一个时隙TSO上；co的其他时隙及其他载波的所有时隙用于业务信道和其他控制信道。在这种情况下，只有主载波CO的TSO可以随时测试到一直有基站功率发射，而CO的TS1-TS7时隙以及其他载波的任意时隙都只有在有手机用户占用时才有基站功率发射，因此直放站可以只在有基站功率发射的时隙工作，关闭空闲时隙的功放使能。如图5所示，分时隙控制模块主要有信号同步、功率采集、时隙判决、分时隙控制四个阶段的处理过程。要实现分时隙控制，最重要的就是实现与信源基站的GSM信号同步，才能确定帧结构中的各个时隙精确的时间位置。GSM网络中设计了 51帧结构的复帧，包含51个子帧，时间间隔为235ms，主要用于控制信道，复帧中频率校正突发脉冲序列主要用于频率同步。当与含有频率校正突发脉冲序列的数据段为相关运算时，由于相关性强，相关值的模数值非常大，而其他数据的相关性弱，相关值的模停留在峰值的时间与相关的点数有关。根据以上特点，我们在查找频率校正突发脉冲序列时可以设置一个门限，此门限可根据信号的平均功率得到，当有若干个相关的某值高于门限，可以判定已经找到频率校正突发脉冲序列，可以推算出频率校正突发脉冲序列的大概起始位置，从而实现GSM信号的同步。[0036]在获得信号同步的情况下，只需要读取每个时隙的功率值，就可以判决该时隙是否有话务，在GSM网络中，一个当前用户占用一个时隙，基站才会有对应的基站发射功率，当检测到时隙功率值接近噪声门限，可以认为该时隙没有用户。根据GSM协议规范，TCH(业务信道)映射到26帧的复帧(120ms)，也就是说只要该载波存在通话过程，在每个复帧中至少有一个时隙是激活的。因此功率检测分析的周期最小可设计为120ms，为了提高准确性，检测分析时间可以设定成5个周期，若5个复帧的周期都没有检测到时隙功率，可以判决该时隙没有用户，则在下一复帧周期的对应时隙位置关闭功率放大器组中的主功率放大器或者从功率放大器。分时隙控制模块还有另外一个重要的功能，就是防止直放站直激，一旦发生自激，设备的工作电流会剧增，很容易烧毁设备，还会严重干扰信源基站。分时隙控制模块内部设计了数字ALC(Automatic Level Control),相比传统直放站的模拟ALC控制,数字ALC控制的控制精度和控制范围都更高I个级别，采用数字设计，相比模拟ALC电路可靠性、一致性更高。通过数字ALC控制，可以控制进入功放的输入射频功率阀值，消除自激的可能性。 定时休眠模块支持可编程的休眠时间和休眠期间直放站的输出功率，主要是针对直放站的具体应用场合，比如电脑城、写字楼等区域，用户一般都集中在白天，晚上到次日凌晨基本没有用户，针对这种应用场景，可以设定休眠时间为晚上到次日凌晨，在休眠时间内，直放站的整机增益最大可下调10dB，输出功率最大降至原功率的1/10，可以大幅降低设备功耗。以上所述仅是本实用新型专利的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域，在不脱离本实用新型专利原理的前提下，还可以对本实用新型专利进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型专利权利要求的保护范围内。
权利要求1.一种应用于GSM的自适应节能装置，其特征在于包括自动选频模块、分时隙控制模块、定时休眠模块；所述自动选频模块包括FPGA芯片；所述FPGA芯片中设有数字下变频通道；所述数字下变频通道设置有数控振荡器、均方根功率测量模块、累积梳状滤波器、补偿滤波器、可编程滤波器；所述累积梳状滤波器、补偿滤波器、可编程滤波器顺次双路连接；所述可编程滤波器接入自动增益控制电路；所述自动增益控制电路设置有接口 ；所述均方根功率测量模块设置在可编程滤波器和自动增益控制电路之间。
2.根据权利要求I所述的应用于GSM的自适应节能装置，其特征在于所述均方根功率测量模块包括数字积分器、寄存器、积分间隔计数器、积分次数计数器；所述数字积分器与寄存器连接；所述积分间隔计数器分别与数字积分器、积分次数计数器连接；所述积分次数计数器与寄存器连接；所述积分间隔计数器设置有时钟电路；所述积分次数计数器设置有复位电路。
3.根据权利要求I所述的应用于GSM的自适应节能装置，其特征在于所述自适应节能装置与功率放大器组连接；所述功率放大器组与天馈系统连接；所述功率放大器组包括主功率方法器和从功率放大器。
专利摘要本实用新型公开了一种应用于GSM的自适应节能装置，其特征在于包括自动选频模块、分时隙控制模块、定时休眠模块；自动选频模块包括FPGA芯片；FPGA芯片中设有数字下变频通道；数字下变频通道设置有数控振荡器、均方根功率测量模块、累积梳状滤波器、补偿滤波器、可编程滤波器；累积梳状滤波器、补偿滤波器、可编程滤波器顺次双路连接；可编程滤波器接入自动增益控制电路；自动增益控制电路设置有接口；均方根功率测量模块设置在可编程滤波器和自动增益控制电路之间。本实用新型提供的应用于GSM的自适应节能装置能够有效降低设备能耗、降低对机箱散热要求、提高工作效率、延长设备使用寿命，还具有能够适应不同信源基站、各种应用场景的特点。
文档编号H04W52/02GK202514074SQ20122004531
公开日2012年10月31日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者方远兵 申请人:四川邮科通信技术有限公司